防风抑尘网设计要点及参数的确定

陈振华,胡署根,李辉

(湖南省电力勘测设计院,湖南长沙 410007)

防风抑尘网设计要点及参数的确定

陈振华,胡署根,李辉

(湖南省电力勘测设计院,湖南长沙 410007)

介绍了堆场起尘、防风抑尘网抑尘的机理和国内外防风抑尘网研究结果,结合实际工程设计的经验,分析了防风抑尘网设计要点和主要参数,提出防风抑尘网设计的意见和建议。

防风抑尘;起尘风速;开孔率

1 起尘机理研究

堆场起尘的原因分为两类:一是堆场表面的静态起尘;二是在堆取料等过程中的动态起尘。静态起尘是由风的湍流引起,主要与料的粒度、含水率、环境风速密切相关;动态起尘主要是指装卸作业时的起尘,属于正常运行状况,主要与料的粒度、含水率、环境风速和落差有关。

根据微观粒子运动理论,在风力作用下,当平均风速约等于某一临界值时,个别突出的尘粒受湍流流速和压力脉动的影响开始振动或前后摆动,但并不离开原来位置;堆场中的料粒只有达到一定风速才会起尘,这种临界风速称为起动风速。起尘风速可按以下公式计算:

式中:V0为起尘风速,m/s;a为起尘系数;W为料堆表面含水率,%;d为粉尘粒径,mm。

2 防风抑尘网原理及种类

2.1 防风原理

防风抑尘网防尘机理是它能控制改善堆场区的风流场,减小堆场区的风速、减小堆场区风流场的紊流度。强风经过防风抑尘网后,仅部分来风透过,其动能衰减并变为低速风流,与此同时,这部分风在网前的大尺度、高强度旋涡被衰减、梳理成小尺度、弱强度旋涡。防风抑尘网后这部分低速、弱紊流度风流掠过堆场,形成低风速梯度、低风速旋度,弱涡量和弱紊流度的堆场区流场,使堆场低处起尘量大幅度减少。根据空气动力学原理当风通过防风抑尘网时,网后面出现分离和附着两种现象,形成上、下干扰气流降低来风的风速,极大地损失来风的动能,减少风的湍流度,消除来风的涡流,降低对料堆表面的剪切应力和压力,从而减少起尘量。

2.2 防风抑尘网种类

根据防风抑尘网移动性能的不同,可分为固定式和移动式两种。目前,防风抑尘网以固定式为主。根据目前国内外关于堆场的尘粒飞散预测与控制研究(包括风洞试验)结果、国内外防风抑尘网工程现状得出的防风抑尘网的形状与防尘效果及其防尘范围的关系,固定式防风抑尘网目前主要有三种构形式:全网结构、网—墙结构和网—百叶窗结构,考虑到堆场有大型设备的使用,为防止防风抑尘网不小心被撞坏,通常采用有防撞墙的网—墙结构,本文主要介绍这种类型防风抑尘网的设计。

可移动升降式防风抑尘网采用电动升降式处理,即在使用时可将防风抑尘网提高到一定的高度,而非作业时间将防风抑尘网降低,不影响作业现场的其他作业。

3 防风抑尘网设计

3.1 防风抑尘网结构及形状

目前,广泛使用的防风抑尘网一般包括四部分:一是地下基础,可现场浇注混凝土,也可预制混凝土件;二是防撞墙,防止大型机械运输、装卸过程中撞毁防风抑尘网;三是支护结构,采用钢支架制成,以提供足够的强度,保证足够的安全,以抵御强风的袭击,同时考虑了整体造形的美观;四是防风抑尘板,现场将单片防风抑尘板组合起来形成防风抑尘网,板与板之间无缝隙,防风抑尘板与支架之间采用螺钉和压片连接固定[1]。

防风板的形状有蝶型、直板形等多种形式[2]。据风洞试验检测,蝶型防风板在一定的开孔率下具有明显地降低风速和紊流度的作用,防尘效果好,已得到广泛应用。蝶型防风板分为单峰、双峰和三峰3种型式,其中,三峰型有着其他两种型号所不能比拟的优势,安装简便,施工效率高,安装后墙体整体性能好,抗风能力强,能大幅度降低施工成本,为施工单位在市场提高竞争力。

3.2 防风抑尘网高度

防风抑尘网高度依据堆垛高度、堆垛面积和环境质量要求等因素来确定。一般情况下,防风抑尘网的高度应比料堆高出 2～3m较为适宜。

料堆场防风网的高度主要取决于堆垛高度、堆场范围等因素。风洞试验表明:当防风抑尘网的高度为堆垛高度的 0.6～1.1倍时,网高与抑尘效果成正比;当防风抑尘网高度为堆垛高度的 1.1～1.5倍时,网高与抑尘效果的变化逐渐平缓;当防风抑尘网高度为堆垛高度 1.5倍以上时,网高与抑尘效果的变化不明显。因此,防风抑尘网的高度一般在堆垛高度 1.1～1.5内选取。根据有关研究表明,墙高为煤堆高度的 1.1～1.2倍较为合适。

另外,防风抑尘网高度的确定还应考虑所保护堆场范围的大小,使堆场在防风网的有效庇护范围之内。风洞试验表明:对网后下风向 2～5倍网高的距离内,堆垛减尘率可达 90%以上;对网后下风向16倍网高距离内,堆垛综合减尘效率达到 80%以上;在网后 25倍网高的距离处有较好的减尘效果;到网后 50倍网高的距离处仍有削减风速 20%的效果。为了达到环境质量要求,国内的防尘抑尘网大多要求减尘效率达到 80%以上,因此,防风抑尘网高度应大于其网后庇护区 1/16[3-4]。

3.3 防风抑尘网的平面布置

防风抑尘网平面布置主要有主导风向上设置型和四周设置型,也有三面设置的型式。设网方式主要考虑堆场的大小、形状和当地的风向、风频等气象条件。防风抑尘网设在距堆垛 2～3倍堆高的距离处为最佳。对于由多个堆垛组成的堆场而言,可视堆场周围情况,因地制宜地设置防风网。一般可沿堆场堆垛边上设置防风网[3]。

在进行防风抑尘网建设时,不仅要考虑堆场的大小、形状和当地的风向、风频因素,还要考虑堆场的现场设网条件。需对拟设网堆场进行深入的现场调查,主要包括堆场建造物、机械设备、地下管线及其道路等设施,以保证防风网的建设和营运不影响堆场的正常营运和堆场辅助建筑物的相关功能。

3.4 防风板开孔率选择

防风板开孔率是防风板的开孔透风面积与总面积之比,是设计防风抑尘网的一个重要参数。防风板的开孔率对受保护堆垛表面风压的影响也显而易见,过小的开孔率会增加墙的风压,过大的开孔率会增大受保护堆垛表面风压。

防风板的开孔率与防风板后风速的降低掩护范围有直接关系。从风洞试验数据可知,防风板的开孔率为 30%～50%时均具有较好的防风效果,即网后风速较小;防风板的开孔率为 40%～44%时,防风网后的风速下降区域最长,即风流再附距离最远,可以达到 30～50倍网高的距离,但是在网后 10倍网高距离的风速的减低不显著。防风板开孔率为40%～44%时,比较适用于堆场上风向的防风,使其对网后的防风效果明显,风流再附距离较长。一般情况下,防风板的开孔率为 30%～40%。

3.5 材质的比较和选择

根据不同的使用目的和环境状态,防风抑尘网可采用不同的材质。目前国内外较为广泛采用的材质主要有三种:玻璃钢、金属板、复合材料。

3.5.1 材质的比较

玻璃钢,在加工过程中使用的原材料为不饱和聚酯树脂、玻璃纤维、固化剂、促进剂、阻燃剂等材料,加热固化而成。这种产品防腐性能好,如用在容器及管道等防腐要求高的环境下效果较好。缺点是如长期暴露在室外,在紫外线较强的环境下使用极易老化,且受力状况不好。而防风抑尘网使用在室外,长期受到紫外线照射又作为受力结构固定在钢架上,在大风作用下容易撕裂、脱落,使用过程中返修率较高。且玻璃钢报废后无法回收,处理方式一般为焚烧和深埋处理。焚烧后会产生刺鼻的气体污染大气环境;如果采用深埋处理的方式,会造成土壤及地下水污染。

金属板,常见的有镀锌钢板、彩涂钢板、镀铝锌钢板、不锈钢板、铝镁合金板等,材质表面进行耐腐蚀处理,各方面性能都较为优越,且可回收利用,但价格高昂。不同的金属板材具有不同的性能,使用寿命均较高。金属材料种类繁多,使用较为广泛。

复合材料根据不同的材质组合,以聚乙烯和增强树脂为代表,所具有的性能差异较大,增强树脂以其优良的性能,在目前防风抑尘网中使用较为广泛。3种材质的性能比较详见下表 1。

表1 3种材质性能比较

3.5.2 材质的选择

(1)防腐及防老化要求。堆场如果含有硫分和挥发分,则容易形成酸性环境,具有较强的腐蚀性,应将易被无机酸侵蚀的材料排除,选择耐酸性好的材料。此外,在紫外线强度高的地区,应选择抗紫外性能力强的材料。如果是港口堆场防风网,材质的选择还应考虑到沿海地区大气环境的腐蚀性。

(2)造价及运行维护费用。在材料满足使用性能和使用寿命的前提下,本着节约的原则,应选择价格低廉的材质。防风板材质应选择不易撕裂、不易脱落,减少使用过程中产生诸多的维修费用。

(3)环境污染及后期利用。材质应该满足国家对环境保护以及清洁生产的要求,所选择的材质应尽量满足能够回收利用,以减少材质达到使用期限后,后期的销毁所带来垃圾清运和处理费用。

3.6 防风抑尘网建设经济效益

客观来说,防风抑尘网建设的经济效益是抵偿不了其建设成本的,其建设的环境效益和社会效益是更主要的。防风抑尘网建设将减少大风扬尘导致的物料流失,在防治扬尘污染的同时减少了原 (燃)料流失所造成的经济损失。国内外对堆场扬尘进行了很多研究[5-8],并建立了起尘量的公式。根据实际工程具体情况,我们选择公式计算起尘量,然后乘以防风抑尘网设计效率,便得到防风抑尘网拦截的尘粒量。通过经济核算,可得出防风抑尘网的建设经济效益。

4 结语

(1)设计防风抑尘网时,应综合考虑来流风的大气流场、主导风向、周围建筑物对来流风的风速、风向的影响,有针对性的选择设网高度。在大风条件下,应开启堆场喷淋装置,以提高抑尘效率。

(2)防风抑尘网在网前存在减风区域,且网前对正风向的遮蔽效果优于对偏风向的遮蔽效果。

(3)在南方地区多台风,风向多变,风力较大,可能造成防风抑尘网的坍塌和损坏,因此进行防风抑尘网设计时风荷载取值不仅要考虑规范规定的基本风压,还应该结合当地的气象资料,尤其是台风的资料,适当提高设计级别以提高防风网的结构安全。

[1]赵庆久.煤场挡风抑尘墙的应用[J].华北电力技术,2004,(10): 30-32.

[2]王洪,田巍.防风抑尘墙在邯钢原料场的应用[J].冶金动力, 2006,(5):86-87.

[3]陈建华,詹水芬.港口散货堆场防风网防尘技术研究和应用[J].珠江水运,2008,(3):44-46.

[4]王丹,张亚敏,王传瑜,等.煤炭堆场防风抑尘集成技术的应用[J].环境科学与技术,2010,(S1):84-85,134.

[5]熊宏亮,宋晓东.煤场防风抑尘网抑尘效果研究[J].电力科技与环保,2010,26(6):21-25.

[6]高艳艳,潘俊,何晨玲.煤场扬尘影响预测与措施研究[J].工业安全与环保,2007,(11):40-42.

[7]辛庚华.露天堆场起尘与防风网遮蔽效果机理研究及现场实测分析[D].大连:大连理工大学,2010.

[8]陈爱英.防风网的数字模拟[D].上海:同济大学,2007.

Main design points and parameters determination forwind-proof and dust suppressing network

The reason of dust from yard and mechanism ofw ind-proof and dust suppressing network were introduced.The domestic and international research for w ind-p roof and dust suppressing network were analyzed briefly.Com bined w ith engineering design practical experience,the m ain design points and parameters for w ind -p roof and dust suppressing network were analyzed.Then design comments and suggestions of w ind-proof and dust suppressing network were proposed.

w ind-proof and dust suppressing;w ind velocity from dust;porosity

X701.2

B

1674-8069(2011)03-027-03

2011-03-15;

2011-05-03

陈振华 (1985-),男,应用气象学硕士,助理工程师,主要从事环境保护设计及水文气象研究。E-mail:chenainimen@ 126.com